L’auto elettrica è un veicolo con Motore elettrico che utilizza l’energia chimica che viene immagazzinata in un “serbatoio” energetico costituito da una o più batterie ricaricabili. I veicoli elettrici utilizzano motori elettrici in sostituzione, o in aggiunta al motore a combustione interna.
Veicoli elettrici puri ed “auto ibride”
I veicoli che utilizzano sia motori elettrici che motori a combustione interna (ICE: Internal combustion engine) sono noti come ibridi
.
In tali veicoli, gli accumulatori vengono ricaricati da un motore a combustione interna.
I veicoli elettrici più diffusi sono automobili, piccoli
autocarri, biciclette motorizzate, scooter elettrici, veicoli per campi da golf, carrelli elevatori e veicoli simili, perché di solito gli accumulatori sono poco adatti per applicazioni che abbisognano di un più vasto raggio d’azione oppure di una grande potenza e capacità di carico.
I veicoli elettrici hanno complessivamente una maggiore efficienza energetica rispetto a quasi tutti i motori a combustione interna. Un motore a benzina ha una efficienza energetica del 25%, un diesel si avvicina al 40%, mentre un motore elettrico a induzione in corrente alternata ha un efficienza del 95%. Non producono fumi di scarico ne’ vapor d’acqua) e, complessivamente, producono un inquinamento minimo se riforniti con energia prodotta da fonti rinnovabili.
Grazie alla elevata coppia prodotta dai motori elettrici, i veiocoli elettrici hanno buone prestazioni in accelerazione, tali da superare i veicoli convenzionali alimentati a benzina.
I nuovi modelli possono viaggiare per centinaia di chilometri con una sola carica, anche dopo 160.000 km di impiego delle stesse batterie. I veicoli elettrici, riducendo la dipendenza dal petrolio, potrebbero rallentare il riscaldamento globale (attenuando l’effetto serra), sono più silenziosi rispetto ai motori a combustione interna e non producono fumi nocivi.
Come svantaggi si ha una limitata autonomia tra le ricariche, il tempo di ricarica, e la scarsa durata delle carica delle batterie, anche se nuovi tipi di batteria ricaricabile e nuove tecnologie di carica (e di scarica) ne hanno incrementato l’autonomia e la vita utile, riducendone contemporaneamente il tempo di carica.
Anche se alcuni modelli vengono ancora prodotti in quantità limitate, alcuni BEV (Battery electric vehicle) che si sono rivelati adatti alle strade (e molto popolari come il GM EV1) sono stati ritirati dal mercato e sono stati rottamati dai loro costruttori.
Un piccolo numero di modelli di futura produzione sono stati annunciati, anche se molti altri sono stati costruiti come prototipi. Negli Stati Uniti, molti tra i più pratici BEV sono un fai-da-te di veicoli con motore a combustione interna, eseguiti da hobbisti, dal momento che una produzione industriale è praticamente inesistente.
I maggiori costruttori di automobili USA sono stati accusati di aver deliberatamente sabotato i loro sforzi per la produzione di veicoli elettrici.
Le compagnie petrolifere hanno registrato ed acquistato i brevetti di molti tipi di batteria, ed hanno utilizzato la “patent protection” per impedire che la più moderna tecnologia delle batterie ricaricabili venisse utilizzata nelle auto elettriche (vedi più sotto).
Storia dell’auto elettrica
Confronto con i veicoli a combustione interna
Nel corso del XX secolo le vetture con motore elettrico sono diventate molto più rare rispetto ai veicoli con motore a combustione interna.
È utile mettere a confronto vetture elettriche e veicoli a combustione interna per alcuni aspetti.
Costi operativi ed assicurativi
I veicoli elettrici (negli USA) hanno dei costi operativi che variano tra 1 e 2 centesimi di euro per chilometro, mentre (sempre negli USA, dove la benzina è poco tassata) i veicoli tradizionali a benzina hanno costi operativi maggiori da circa 4 a 6 volte tanto Idaho National Laboratory (2005) “Comparing Energy Costs per Mile for Electric and Gasoline-Fueled Vehicles” Advanced Vehicle Testing Activity report at avt.inel.gov accessed 11 July 2006..
Il costo principale del possesso dei BEV moderni dipende principalmente dal costo delle batterie, il tipo e la capacità di esse è fondamentale nel determinare molti fattori come l’autonomia di viaggio, la velocità massima, il tempo di vita utile della batteria ed il tempo di ricarica; esistono alcuni svantaggi e vantaggi dei vari tipi, probabilmente non esiste un tipo ideale per chiunque, ma alcuni sono più adatti per alcuni utilizzi.
Secondo alcuni, i veicoli elettrici a batteria hanno un vantaggio nel riciclaggio di parti dell’auto dopo gravi incidenti stradali. A differenza dei componenti dei motori a benzina, che tendono ad incendiarsi (specie quando i tubi rotti dell’iniezione soffiano benzina sulla marmitta catalitica o sul turbocompressore rovente), i componenti delle celle a batteria tendono a mantenersi integri e funzionanti per poter essere recuperati e riutilizzati. Dal momento che (eccetto l’accumulatore di tipo litio-ione) non hanno materiali infiammabili, possono essere considerati veicoli molto più sicuri in caso di incidente, ed anche con molte parti riciclabili.
Con il costo delle batterie che va dal 80 % del totale (di 50.000 euro per veicoli potenti, a lungo raggio con costose batterie NiMH) fino al 50% (di 16.000 euro per veicoli di uso cittadino con batterie nichel-cadmio, zinco-aria o al magnesio, ed autonomie inferiori ai 160 km) questo comporta minori costi percentuali di riparazione post-collisione, dal momento che sono per buona parte riciclabili.
Per quanto riguarda le assicurazioni, il costo assicurativo delle vetture elettriche è paragonabile a quello delle “supercar” sportive, con spese di copertura assicurativa pari a centinaia di dollari al mese.
Efficienza energetica ed emissioni di anidride carbonica
Le vetture elettriche di serie o convertite tipicamente consumano da 0,11 a 0,23 kWh/km (dati sul veicolo GM EV1 : 0,179 kWh/km e 0,373 con basso rendimento di carica) Idaho National Laboratory (2006) “Full Size Electric Vehicles” Advanced Vehicle Testing Activity reports at avt.inel.gov, visto il 5 luglio 2006 Idaho National Laboratory (2006) “1999 General Motors EV1 with NiMH: Performance Statistics” Electric Transportation Applications info sheets at inel.gov visto il 5 liglio 2006.
Considerando un consumo di 5 litri di benzina per 100 km, una vettura a combustione interna consuma circa 0,51 kWh/km. Si tenga poi presente che circa la metà del consumo della vettura elettrica è dovuto a dispersioni ed al basso rendimento nella ricarica delle batterie, e quindi non è impensabile un consumo chilometrico inferiore a 0,1 kWh in un futuro molto prossimo, consumo neppure ipotizzabile nelle vetture a combustione interna.
Se si considera il sistema globale, includendo l’efficienza energetica del processo di produzione e della distribuzione al punto di rifornimento, il calcolo risulta complesso a causa della grande diversità delle fonti prime.
Considerando un generatore elettrico a ciclo combinato ed ipotizzando un rendimento pari a 0,6 nella generazione e 0,75 nella distribuzione, il consumo chilometrico totale di una vettura elettrica passa a 0,33 kWh/km (riferito al valore medio tra quelli sopra detti), mentre si può ritenere accettabile un rendimento pari a 0,75 alla produzione e 0,75 alla distribuzione per gli idrocarburi, che comporta un consumo di 0,91 kWh/km per vetture a combustione interna, valore 2,75 volte superiore, fattore che potrebbe divenire in un futuro assai prossimo superiore a 3.
Altri sistemi di generazione di energia elettrica possono dare risultati ancora più eclatanti: accumulatori ricaricati da celle fotovoltaiche, generatori eolici o simili fonti hanno un consumo primario pari a zero, e l’energia elettrica di origine nucleare potrebbe essere considerata anch’essa a costo primario nullo (anche se andrebbe analizzato il costo del materiale fissile, in quanto non rinnovabile).
Le emissioni di anidride carbonica (CO2) sono utili per confrontare i consumi rispettivi della via elettrica e di quella a combustione interna US Department of Energy e Environmental Protection Agency (anno 2007) “Search for cars that don’t need gasoline” Fuel Economy Guide database at fueleconomy.gov visto il 5 luglio 2006. Questi confronti includono la produzione di energia, la distribuzione, la ricarica delle batterie, ed i vari tipi di perdite generate dai veicoli (attrito, termica, ecc.). Le emissioni di CO2 migliorano nei BEV alimentati da fonti sostenibili di produzione elettrica, ma rimangono quasi fisse per i veicoli a benzina. (Sfortunatamente non sono disponibili dati così aggregati relativi ai veicoli elettrici in commercio).
| Model |
t CO2
(Produzione di energia
da fonti convenzionali,
per lo più elettricità
da carburante fossile |
t CO2
(Produzione di energia
elettrica sostenibile,
ad.es., da pannello solare
o energia eolica)
|
| 2002 Toyota RAV4-EV (BEV puro) |
3,45 |
0,0
|
| 2000 Toyota RAV4 2wd (benzina) |
6,53 |
6,53
|
| Altri veicoli elettrici a batteria
|
| 2000 Nissan Altra EV |
3,17 |
0,0
|
| Veicolo ibrido
|
| 2001 Honda Insight |
2,81 |
2,81
|
| 2005 Toyota Prius |
3,17 |
3,17
|
| 2005 Ford Escape H 2x |
5,26 |
5,26
|
| 2005 Ford Escape H 4x |
5,62 |
5,62
|
| Veicoli con motore a combustione interna
|
| 2005 Dodge Neon 2.0L |
5,44 |
5,44
|
| 2005 Ford Escape 4x |
7,26 |
7,26
|
| 2005 GMC Envoy XUV 4x |
10,61 |
10,61
|
Si tenga presente che i modelli citati, di produzione statunitense (anche quelli di marche giapponesi) mostrano valori a volte assai diversi da quelli dei comuni veicoli europei.
La resistenza aerodinamica (Cx) ha una grande importanza nel determinare l’efficienza enegetica, particolarmente alle alte velocità.
Impatto ambientale complessivo
Molti fattori devono essere considerati quando si compara l’impatto totale sull’ambiente. Il tipo di confronto più esauriente è quello dell’analisi dalla “catena-di-montaggio-alla-discarica” oppure l’analisi di tutto il tempo di vita. Questa analisi è così esaurientemente complessiva che considera ogni tipo di consumo energetico, includendo i consumi (ed emissioni) implicati dalla produzione originale (ed anche della componentistica) e le fonti di carburante e tutti i consumi (e le emissioni) durante la vita utile del veicolo includendo l’inquinamento durante la produzione delle batterie (ad esempio l’estrazione del cadmio comporta un elevato inquinamento da metalli pesanti) e la sua deposizione in discarica. I vari tipi e l’entità dell’inquinamento varia enormemente tra i vari tipi di batteria, cosa che rende ancora più difficile fare dei confronti.
Ad esempio, è difficile stabilire se siano peggiori gli effetti ambientali dell’inquinamento da nichel e da cadmio prodotti dall’estrazione mineraria, dalla fabbricazione della batteria, dalla discarica con successiva ossidazione, rottura, infiltrazione e dilavamento di una batteria NiCd malamente scaricata; oppure se siano peggiori e meno duraturi i danni all’ambiente causati dall’emissione di idrocarburi e dalla raffinazione del petrolio.
Sono necessarie accurate statistiche su ogni tipo di combustibile fossile e di accumulatore in modo di poter giudicare gli apporti e le fuoriuscite di inquinanti per giudicare equamente l’impatto ambientale totale.
Una grande differenza tra i veicoli BEV ed ICE rispetto al tempo di vita consiste nel fatto che i primi utilizzano la elettricità al posto di combustibili liquidi. Qualora l’elettricità fosse generata a partire da fonte rinnovabile o da nucleare ciò presenterebbe un consistente vantaggio in termini di inquinamento atmosferico.
In ogni caso, se la elettricità fosse prodotta da combustibili fossili (come è nella gran parte dei casi) Il vantaggio relativo dei veicoli elettrici è sostanzialmente ridotto Tahara, K. et al. (2001) “Comparison of CO2 Emissions from Alternative and Conventional Vehicles.” World Resources Review 13:52-60 summary at ilea.org accessed 5 July 2006. Ne deriva che lo sviluppo di sorgenti di energia che non emettano CO2 è necessaria ridurre la emissione totale netta dei veicoli elettrici. In ogni caso, l’impatto ambientale della produzione di energia elettrica (emissioni indirette) dipende dal mix della produzione ed è normalmente più ridotto della emissione diretta prodotta dai veicoli ICE Van Mierlo, J., et al. (2003) “Environmental Damage Rating Analysis Tool as a Policy Instrument” 20th International Electric Vehicle Symposium and Exposition (Long Beach, California) conference paper at etecmc10.vub.ac.be accessed 14 July 2006
Rispetto al tempo di vita, un’altra importante differenza tra i veicoli elettrici e quelli a combustione interna consiste nell’ utilizzo di consistenti batterie di accumulatori. I moderni accumulatori hanno dimostrato di poter superare in durata gli stessi veicoli elettrici su cui sono installate. Ad esempio gli accumulatori provati da Toyota hanno mostrato solo un minimo calo di risultati dopo aver percorso 240.000 chilometri. Certamente nell’utilizzo reale i dati mostrano risultati peggiori, tipicamente gli elementi al litio perdono di efficienza per circa 20-40 percento all’anno; così se si fanno 240.000 chilometri su una pista di test si possono confermare i dati rilevati da Toyota ma se, in un utilizzo reale, si percorrono all’ anno 10.000 chilometri, la batteria di accumulatori andrà sostituita dopo 30.000 chilometri con una spesa di circa 20.000 Euro con un costo pari a 0,67 €/km.
I veicoli BEV, non essendo dotati di motore che brucia combustibile liquido e dei conseguenti apparati necessari al suo funzionamento, sono spesso più affidabili e richiedono minore manutenzione. Sebbene i veicoli BEV siano poco diffusi, essi possono trarre vantaggio dagli avanzamenti tecnologici che si stanno realizzando in altri mercati come quello dei telefoni cellulari, dei laptops, dei carrelli elevatori e dei veicoli elettrici ibridi. Le innovazioni nella tecnologia delle batterie elettriche che si sviluppa negli altri mercati possono essere utilizzate al fine di rendere i veicoli BEV sempre più utilizzabili e diffusi.
Prestazioni di accelerazione
Molte delle vetture elettriche di oggi sono capaci prestazioni in accelerazione che eccedono quelle di veicoli a benzina della stessa potenza. I veicoli elettrici possono utilizzare una configurazione diretta motore-ruota che aumenta l’efficienza nell’erogazione della potenza. Il fatto che possono avere molteplici motori collegati direttamente alle ruote permette a ciascuna ruota di essere sia propulsiva che frenante, cosa che aumenta la trazione.
In alcuni casi, il motore può essere alloggiato direttamente nella ruota, come nel disegno noto come “Whispering Wheel“, che abassa il centro di gravità complessivo del veicolo e riduce il numero di parti in movimento. Quando non sono dotate di un asse, di un differenziale, oppure della trasmissione, i veicoli elettrici godono di una minore inerzia rotazionale del treno direzionale. Un sistema senza ingranaggi, o con un solo ingranaggio in alcuni BEV elimina la necessità di un cambio a marce, dando all’auto un accelerazione e frenata più dolce. Si consideri inoltre che i motori elettrici, con i moderni sistemi di alimentazione, possono lavorare a potenza o a coppia costanti; i motori a combustione interna hanno una propria curva caratteristica, seguendo la quale i regimi di coppia e potenza massime si hanno in zone molto limitate della velocità di rotazione, in genere verso i 2/3 della velocità massima per la coppia e 4/5 per la potenza.
Alcune vetture elettriche da corsa (”simil dragster”) hanno motori elettrici, con cambi e trasmissioni a due marce per incrementare la velocità massima fino a 160 km/h Hedlund, R. (2006) “The 100 Mile Per Hour Club” National Electric Drag Racing Association list at nedra.com
accessed 5 July 2006 Hedlund, R. (2006) “The 125 Mile Per Hour Club” National Electric Drag Racing Association list at nedra.com accessed 5 July 2006.
Batterie
Le Batterie ricaricabili utilizzate nei veicoli elettrici includono la pila zinco-aria, l’ accumulatore piombo-acido (”innondate” e VRLA), il NiCd, il tipo a NiMH, le litio-ione, le Li-ion polimero.
Le batterie sono tipicamente il componente più costoso dei BEV. Sebbene il costo di fabbricazione della batteria sia elevato, l’ aumento della loro produzione può portare ad un abbassamento dei costi nel momento in cui la produzione dei BEV avesse le stesse dimensioni della attuale produzione dei veicoli a combustione interna. Le nuove tecnologie di produzione delle batterie, competitive in termine di costo con i motori a combustione interna, consentiranno un importante abbassamento dei costi nel momento in cui decadranno i relativi brevetti
A partire dalla fine degli anni 90, lo sviluppo di nuove tecnologie per le batterie è stato pilotato dalla impetuosa crescita della domanda di computer portatili e di telefoni cellulari, con la richiesta da parte dei consumatori di schermi più larghi e più luminosi e di batterie di durata più lunga; ciò ha pilotato la ricerca e lo sviluppo in quel settore. Il mercato dei BEV ha utilizzato i progressi ottenuti in quel settore. Se il mercato dei BEV dovesse crescere esso contribuirà alla ricerca e allo sviluppo di nuove tecnologie relative alle batterie.
Carica
Le batterie delle vetture elettriche devono essere ricaricate periodicamente (vedi anche Sostituzione delle batterie, più sotto). Le VE solitamente vengono caricate dalla rete elettrica. In questo caso l’energia è generata da una varietà di risorse come il carbone, l’energia idroelettrica, l’olio combustibile o il gas naturale o infine, fuori d’Italia l’energia nucleare.
Le batterie possono essere ricaricate mentre il veicolo viene guidato grazie al freno rigenerativo. Sono sono state sperimentate alcune fonti di energia ausiliarie, come la cella fotovoltaica.
Nell’ auto ibrida l’elettricità può essere prodotta da un generatore mosso da un motore a combustione interna. Anche se non si tratta in senso stretto di una BEV, la concept car Ford Reflex dispone di celle fotovoltaiche all’esterno per aiutare ad alimentare il suo sistema di potenza ibrido.
Il tempo di ricarica viene determinato principalmente dalla corrente trasmissibile da parte della connessione alla rete elettrica. La potenza normalmente disponibile in una presa di corrente domestica va da 1.5 kW (negli USA, Canada, Giappone, e paesi con tensione 110 V) fino a 3-6 kW (in paesi con corrente a 240 V). In Italia è abbastanza comune il contratto 6kW di connessione alla rete, ma si potrebbe evidentemente utilizzare correnti più alte. Si pensi che i carrelli elevatori, la cui maggioranza è azionata da un motore elettrico, ricaricano batterie da 6-700 Ah in pochissime ore con connessioni a prese dell’ordine di 10 - 12 kW]].
Al livello di 10 Kw, anche ricaricare una piccola batteria di 250 Ah (20,4– 50 Km), richiederebbe circa un ora. Questo è davvero poco rispetto alla velocità nel fornire potenza di una normale pompa di benzina, che può fornire 5.000 kilowatt. Anche se la potenza somministrata fosse maggiore, molte batterie non accettano la carica a velocità maggiori rispetto al loro tasso di ricarica (”C1″). (Questo implica che se oggi fate la coda per rifornire la vostra auto di benzina, per ricaricare la batteria del vostro BEV la coda sarà da 50 a 500 volte più lunga !)
Sistemi per la ricarica veloce
Nel 1995, alcune stazioni di carica, ricaricavano le VE in un ora. Nel novembre del 1997, la Ford acquistò un sistema di ricarica-veloce prodotto dalla AeroVironment chiamato “PosiCharge” per sperimentarlo nella sue flotte sperimentali di VE Ranger, che riuscivano a caricare i loro accumulatori piombo-acido in tempi tra i sei e quindici minuti. Nel febbraio del 1998, la General Motors annuncia una versione del suo sistema “Magne Charge” che poteva ricare le batterie NiMH in circa dieci minuti, fornendo un autonomia da 96 a 160 km Anderson, C.D. and Anderson, J. (2005) “New Charging Systems” Electric and Hybrid Cars: a History (North Carolina: McFarland & Co., Inc.) ISBN 0-7864-1872-9, p. 121..
Nel 2005, la Toshiba aveva costruito un dispositivo portatile che dichiarava come capace di ricevere un ricarica del 80% circa 60 secondi Toshiba Corporation (2005) “Toshiba’s New Rechargeable Lithium-Ion Battery Recharges in Only One Minute” dichiarazione alla stampa in toshiba.co.jp (5 luglio 2006) . Aumentando queste caratteristiche di potenza alla scala della batteria da 65 Ah si avrebbe bisogno di un picco di potenza di circa 340 kW. Non è molto chiaro se questo tipo di batterie sarebbero ricaricate direttamente nei BEV, dal momento che la generazione di calore le renderebbe poco sicure.
A molte persone non serve una ricarica veloce perché ad una certa ora della giornata dispongono di sufficiente tempo (da 6 a 8 ore), di giorno nel parcheggio del luogo di lavoro, oppure di notte nel parcheggio di casa. Dal momento che durante la ricarica l’auto non deve essere vigilata, ci vuole meno di 1/2 minuto per attaccare alla presa oppure staccare il proprio veicolo. Molti guidatori di BEV preferirebbero rifornirsi a casa, evitando la congestione ed il vaiggio alla stazione di servizio. In alcune ditte “ecology-minded” alcuni parcheggi hanno delle prese di corrente per veicoli elettrici, provviste di sistemi di ricarica automatizzati.
Alimentazione dell’auto elettrica dalla colonnina (per conduzione o induzione)
La connessione dell’auto alla colonnina erogatrice può avvenire fondamentalmente in due modi:
- Per mezzo di un collegamento galvanico (accoppiamento conduttivo), costituito semplicemente da un cavo flessibile che termina in un connettore a tenuta. In questo caso verrebbe erogata corrente continua a bassa tensione, prodotta da un adeguato carica-batterie.
- Nel secondo caso si utilizza un accoppiamento a trasformatore (induttivo), dove l’avvolgimento primario (adeguatamente protetto) viene inserito in una fessura del veicolo, dove si accoppia con l’avvolgimento secondario. Con una connessione di questo tipo si elimina il rischio di folgorazione dal momento che non vi sono parti accessibili sotto tensione.
Mentre nel primo caso la circuiteria di regolazione per la carica può essere tutta dal lato della colonnina, nel secondo caso buona parte della circuiteria dovrebbe necessariamente essere a bordo del veicolo (con conseguente complicazione ed appesantimento del veicolo stesso).
Sostituzione delle batterie
Una alternativa alla ricarica (ed ai suoi lunghi tempi) è quella di sostituire rapidamente le batterie di accumulatori scarichi con altre già cariche. Queste batterie modulari (spesso alloggiate in un doppio fondo sotto l’abitacolo, tra le ruote, oppure sotto il bagagliaio) possono scorrere ed essere rapidamente sostituite dal personale della stazione di servizio oppure da sistemi robotizzati.
Queste batterie scariche modulari potrebbero essere sostituite con altre cariche (forse prevedendo il pagamento di un deposito iniziale) in stazioni di servizio, rivendite di auto, grandi magazzini oppure parcheggi. Con una dimensione standard (pari a quella di una valigetta d’aereo), comode maniglie, un peso ridotto a 20-40kg e rotelline, il cambio di uno o più moduli (inserendoli in fessure di ricarica a nastro trasportatore) è il più veloce (nessun tempo di ricarica): pochi secondi!
A seconda del tipo di batterie ricevute, si procederà a ricaricarle in modi diversi, gli accumulatori NiMH, Li-ion e Li-pol possono essere ricaricati immediatamente; le batterie NiCd devono essere prima scaricate allo 0% e poi ricaricate, per impedire l’ effetto memoria. La pila zinco-aria (che non può essere ricaricata in modo semplice), deve essere portata in un centro industriale (più o meno grande) e “rigenerata” con un procedimento elettro-chimico.
Questi vari tipi di moduli potrebbero avere “colori standard”, prese di corrente, numeri, lettere e codici a barre identificativi diversi, ed un circuito con un microchip che rivelasse la carica della batteria, le condizioni di salute della pila, la targa degli ultimi utenti ed eventuali scuotimenti o urti ricevuti dalla pila (rivelati con accelerometri inseriti nella batteria).
Il rischio di commettere errori nel loro utilizzo sarebbe inferiore a quello di scambiare i vari tipi di benzina (con o senza piombo, diesel) oppure di caricare benzina dal erogatore corretto, connesso al giusto deposito, ma caricato dal benzinaio con carburante scadente o diverso da quello indicato… in fondo si tratta sempre di elettroni, ed i circuti elettronici dell’auto elettrica possono misurare il voltaggio e l’amperaggio disponibili !
Autonomia prima della ricarica
La effettiva autonomia di un BEV dipende sia dal numero e dal tipo di batterie utilizzate sia dalle prestazioni richieste dal guidatore del veicolo. Il peso e la tipologia del veicolo hanno ugualmente un forte impatto esattamente come avviene per la autonomia dei tradizionali veicoli a benzina.
Le batterie utilizzate sono usualmente le normali batterie al piombo-acido che sono facilmente reperibili e poco costose. Con questo tipo di batterie si raggiungono normalmente autonomie comprese tra 30 e 80 km.
È possibile produrre Auto Elettriche funzionanti con batteria al piombo-acido con autonomia di 130 km per ogni ricarica.
Le batterie al NiMH hanno una più alta densità di energia e possono consentire auonomie dell’ ordine dei 200 km. Le Auto Elettrche equipaggiate con le nuove Batterie al Litio consentono autonomie dell’ordine di 400-500 km Mitchell, T. (2003) “AC Propulsion Debuts tzero with LiIon Battery” AC Propulsion, Inc. press release at acpropulsion.com accessed 5 July 2006.
È compito dei diversi produttori di Auto Elettriche trovare il corretto bilanciamento tra i livelli di autonomia, peso, tipologie di batteria e costo.
La autonomia di una Auto Elettrica può essere aumentata del 50% utilizzando un sistema di ricarica automatica in fase di frenaggio.
Le Auto Elettriche possono agganciare speciali carrelli per poter funzionare come Veicoli Ibridi quando si renda necessaria una grande autonomia senza aggravio di peso quando tale maggiore autonomia non sia richiesta.
I veicoli di questo tipo divengono di fatto veicoli a combustione interna quando utilizzano il carrello, consentendo così una molto più ampia utonomia solo quando necessaria.
Durata delle batterie
Le singole batterie sono di solito raggruppate in grandi gruppi a vario voltaggio e capacità per ottenere l’energia richiesta. La durata delle batterie dovrebbe essere considerata quando si calcola il costo di investimento, dato che le batterie si consumano e devono essere sostituite. Il decadimento delle batterie dipende da numerosi fattori.
Nell’utilizzo quotidiano in strade di città e campagna, alcuni dei veicoli Toyota RAV4 EV, utilizzanti batterie NiMH, hanno avuto durate operative eccedenti i 160.000 km, con poca o nessuna degradazione della capacità di carica e del voltaggio fornito nell’ambito del loro tragitto quotidiano Knipe, TJ et al. (2003) “100,000-Mile Evaluation of the Toyota RAV4 EV” Southern California Edison, Electric Vehicle Technical Center report at evchargernews.com accessed on 5 July 2006.
Sicurezza
Hobby, conversioni, modding, e corse
Il professore giapponese Hiroshi Shimizu della “Faculty of Environmental Information” nella Keio University ha creato la “limousine del futuro“: la Eliica (Electric Lithium Ion Car) che marcia su otto ruote motrici con motori a hub da 55 kilowatt, per una potenza totale di 470 kilowatts e zero emissioni. La Eliica ha una velocità massima di 190 Km/h, ed una autonomia massima di 320 kilometri (alimentata da batterie litio-ione). (video nel sito www.eliica.com) Comunque, i modelli attuali costano circa $300.000 US, di questi la metà del costo è costituito dalle batterie.
Futuro dell’automobile elettrica a batteria
Il futuro delle auto elettrice a batteria dipende principlamente dal costo e dalla disponibilità di batterie con alta densità energetica, capacità di fornire picchi di potenza, lunga vita utile, ed altri aspetti come motori più leggeri ed economici, controllo elettronico dei motori, della trazione e delle ruote indipendenti, ruote sterzanti in modo diverso alle alte e basse velocità, caricabatterie che siano teconologicamente ed industrialmente maturi e competitivi nei costi con i molti componenti dei motori a combustione interna.
Gli accumulatori Li-ion, Li-poly e la pila zinco-aria hanno dimostrato di possedere densità energetiche sufficientemente elevate per fornire un raggio decente e tempi di ricarica comparabili a quelli del riempire di benzina i serbatoi dei veicoli convenzionali.
Mentre ai veicoli ibridi si applicano molti dei ritrovati tecnici sviluppati all’inizio per le vetture elettriche a batteria, gli ibridi non vengono considerati BEV. Lo sviluppo e la produzione di veicoli ibridi stanno, comunque, migliorando il costo e le prestazioni delle batterie, dei motori elettrici, dei caricatori, e del controllo elettronico dei motori, questi progressi porteranno aiuti allo sviluppo dei BEV e dei veicoli ibridi plug-in (PHEVs). Dal momento che la ricerca sulle vetture ibride le renderà sempre più progredite, possiamo aspettarci che la vita utile delle batterie, la capacità di carica e la densità energetica di picco miglioreranno e che il loro motore a combustione interna verrà usato sempre di meno (forse solo nei grandi spostamenti).
Programma CalCars della Davis University in California
Un programma non-profit, noto come California Cars Initiative, or “CalCars” sviluppato dalla University of California, Davis, ha trasformato automobili ibride Toyota Prius per farle funzionare come veicoli elettrici plug-in (PHEV), tramite l’istallazione di accumulatori addizionali e modificazioni al software di controllo.
Questi veicoli funzionano come vetture elettriche pure per viaggi corti, traendo la loro carica da caricatori elettrici nelle case e nei luoghi di lavoro. Per viaggi più lunghi il veicolo si comporta come un ibrido. Alcuni prototipi di trasformazione che usano batterie piombo-acido sono attualmente in uso. Si spera che i veicoli prodotti industrialmente impieghino batterie molto più avanzate. La CalCars attualmente sollecita la donazione di ulteriori veicoli e fondi per lo sviluppo dei loro progetti.
Presto le auto elettriche si diffonderanno ?
Molti annunci di pre-produzione di modelli elettrici da parte dei maggiori costruttori, suggeriscono la possibilità che molto presto vi sia un improvvisa espansione nella disponibilità di veicoli elettrici di uso generale, adeguate all’uso quotidiano sulle strade esistenti in condizioni di traffico misto:
- Ci sono voci che la General Motors stia sviluppando un ibrido “plug-in“, che potrebbe essere pronto in tempo per la mostra di Detroit nel gennaio del 2007.Green, J. (2006) “GM Plans Gas-Electric Car to Catch Up to Toyota, People Say” Bloomberg News notizia della www.bloomberg.com accessed 10 July 2006.
- La ditta giapponese Mitsubishi si è impegnata per creare una linea di prodotti a “flessibilità energetica” basati sul minivan Colt, con motori all’interno delle ruote che possono essere alimentati da batterie elettrriche (BEV), come un ibrido, oppure come un veicolo a pila a combustibile. msnbc.msn.com – Mitsubishi unveils electric car for 2010
- La Subaru potrebbe accelerare lo sviluppo del prototipo R1e. Previsto inizialmente per la produzione nel 2007, poi posticipato al 2010, sarà accelerato in conseguenza degli alti costi del petrolio, dei progressi nella tecnologia delle batterie, e per l’interesse del mercato mondiale. La grande maturità tecnologica degli accumulatori al litio svilupati dai laboratori Subaru è evidenziata da un accordo di scambi tecnologici con la Toyota, che condividerà il metodo “Hybrid Synergy Drive” degli ibridi Prius e Camry (per inserirlo in un sport-SUV 4WD turbocompresso) in cambio della tecnologia delle batterie del R1e (da inserire nella prossima generazione di Prius del 2007). (vedi prossimo paragrafo).
- Vi sono indiscrezioni della Toyota che la prossima generazione delle Prius posa avere batterie al Litio-ione ed un raggio di nove miglia “furtivo” per riuscire a raggiungere le 110 MPG (miglia per gallone) in condizioni appropriate, suggerendo anche la possibilità in futuro di un veicolo elettrico “plug-in” Prius. Il 18 luglio del 2006, la Toyota annuncia di avere “piani per sviluppare un veicolo ibrido che circolerà a livello locale (in città ?) grazie a batterie ricaricate da una classica presa a 120-volt, per attivare in seguito un motore a benzina più adatto a lunghi tragitti veloci.”
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Annunci di immissione in produzione
I recenti modelli di VE sono stati annunciati come di prossima produzione:
- Tesla Roadster presentata nell 2006 negli USA, progettata dalla neonata Tesla Motors e Lotus Cars. Da 0 a 100 Km\h in 4 secondi; La casa ha già annunciato la totale vendita del proprio parco macchine per tutto il 2007. È inoltre in progettazione avanzata una berlina per il consumatore medio.
- La Mitsubishi, costruttore giapponese, ha annunciato l’ 11/5/2005 che comincerà la produzione sperimentale dello MIEV (Mitsubishi In-wheel Electric Vehicle.) Flotte aziendali per i test, arriveranno nel 2006 ed alcuni modelli di production su scala industriale saranno disponibili nel 2008. La prima auto da testare, sarà una Colt EV, e si prevede un autonomia di 150 km, con accumulatori litio-ione e motori nelle ruote. Il prezzo previsto per una MIEV negli USA, sarà di circa 19.000 $. [1] [2].
Lista dei prototipi più recenti
I prototipi più recenti di veicolo elettrico includono:
- [[retrofit elettrico di una fiat 500 F]: ]http://www.youtube.com/watch?v=p1W757i_cD4
- Cree SAM
- Eliica (Electric LIthium-Ion Car) progettato da un team della Keio University di Tokyo, guidato dal Prof. Hiroshi Shimizu.
- Ford E-Ka
- Lexus EV (Mostrata nel film Minority Report)
- Maya-100: Li-ion batteria a “super”-polimero; autonomia di 360 Km (annuncio nella electrovaya.com)
- Mitsubishi Colt EV: batteria Li-ion, motori nelle ruote (annoucement at media.mitsubishi-motors.com)
- Pininfarina Ethos II
- Renault EV Racer
- Solectria Sunrise
- Subaru R1e (announcement at msnbc.msn.com)
- Suzuki EV Sport
- Volvo 3CC: Three seater with lithium ion batteries (announcement at volvocars-pr.com)
- Smart fourtwo EV:(announcement at www.smart.com, [3])
Controversia
Argomenti dei difensori dell’auto elettrica
I sostenitori dell’auto elettrica affermano che:
- Le vetture elettriche riducono la dipendenza dal petrolio (che come merce importata danneggia la bilancia commerciale).
- Le V.E. non risentono della volatilità dei prezzi del petrolio, spesso manipolati da produttori e distributori esclusivamente a loro vantaggio.
- Le V.E. riducono i costi energetici dei veicoli fino al 90%
- Le V.E. recuperano circa il 15 % dell’energia totale spesa con il sistema a ricarica da frenata (sistema ReGen)
- Le V.E. hanno molta più coppia ed accelerazione da zero rispetto ad una macchina a benzina ICE (a parità di potenza installata) ed hanno una curva della coppia piatta.
- Le V.E. possono mitigare il riscaldamento globale (specialmente se la loro energia viene prodotta con l’eolico, l’idroelettrico o il nucleare).
- Le V.E. sono meno rumorose rispetto alle auto con motore a combustione interna.
- Le V.E. non producono fumi nocivi, come CO, CO2, NOx, idrocarburi incombusti e particolato.
- Le V.E. non necessitano della costosa marmitta catalitica in platino, che polverizzandosi, disperde polveri sottili ed altre particelle potenzialmente cancerogene.
- Le V.E. sono più adatte per i viaggi corti in città e per il pendolarismo corto (meno di 200 Km), ma sostituendo rapidamente le batterie si possono fare viaggi anche molto lunghi. Inoltre l’autonomia senza sostituzione, si estende fino a 500 Km con le batterie Li-Ion o Zinco-aria.
- Per utenze isolate (p.es di campagna) con capacità di generazione elettrica (cogenerazione, fotovoltatico, microturbine nei fiumi e cascate) il rifornimento elettrico è molto più sicuro e conveniente rispetto ai viaggi alle stazioni di benzina.
- Gran parte delle spese di manutenzione, come il cambio dell’olio, ispezioni sull’inquinamento (bollino blu), la sostituzione del liquido del radiatore, e molte piccole riparazioni ed aggiustamenti sono ridotte o completamente eliminate, riducendo significativamente i costi di possesso.
- Le vetture elettriche possono fornire la potenza necessaria ad una roulotte o camper, per alimentare per qualche tempo elettrodomestici e condizionatore, ed in casi di emergenza possono fornire elettricità anche alle abitazioni.
- Anche se alimentate da elettricità provenienti da impianti elettrici che bruciano il carbone, sono molto più efficienti energeticamente (E complessivamente, molto meno inquinanti, se le centrali a carbone impiegano processi di intrappolamento della CO2) rispetto alle automobili che bruciano benzina. Rispetto ai diesel sono marginalmente più efficienti e molto meno inquinanti.
- Sotto il punto di vita della sicurezza automobilistica le vetture elettriche sono più sicure perché meno tendenti ad incendiarsi dopo uno scontro (eccetto quelle con batterie Li-ion).
Argomenti dei detrattori dell’A.E.
Gli scettici sulla convenienza dei BVE fondano molte argomentazioni sulla praticità in senso generale. Gli argomenti sono:
- La maggior parte dell’elettricità è oggi prodotta con fonti fossili o, all’estero, con il nucleare, e comporta problemi di emissioni serra o di creazione di rifiuti. Bruciando carbone si producono circa 0,97 kg di CO2 per chilowattora [4] più altri inquinanti nelle attività di estrazione, trasporto, raffinazione del combustibile: i VE non sono inoltre a “emissioni zero” nel vero senso della parola, eccetto che nel momento dell’uso.
- Limitata autonomia di percorrenza tra le ricariche (dipende dalla tecnologia usata).
- Elevati costi delle batterie, che vanno dai circa 1.500 euro (piombo acido) a 15.000 euro (li-ion) a ogni sostituzione; nell’uso reale con percorrenze medie giornaliere ridotte i VE non fanno più di 32.000 km con un singolo set di batterie, conseguentemente l’incidenza del costo di sostituzione può essere di 20 to 30 centesimi al chilometro in più rispetto alle auto a benzina.
- Scarse prestazioni alle basse temperature da parte di alcuni tipi di batterie.
- Mancanza di fonti di calore utilizzabili per riscaldare l’abitacolo nei climi freddi (a meno di non sacrificare per questo scopo una parte dell’energia delle batterie).
- Pericolo di folgorazione e produzione di interferenze elettromagnetiche.
- Le gomme restano comunque responsabili dell’emissione di diossido di zolfo, al punto che un veicolo realmente a emissione zero (ZEV) non potrebbe montare ruote in gomma.
Le argomentazioni riguardano in generale il futuro dell’auto per il trasporto diffuso di massa. Si rileva come ingorghi stradali, inquinamento acustico, rifiuti nel corso del ciclo di vita, spesa energetica e prezzo da pagare nel campo della salute per una vita sedentaria non sono risolti dai veicoli a emissioni zero.
Benché non sempre citata, la minore necessità di manutenzione e di parti di ricambio dei VE influirebbe negativamente sul fatturato del settore automobilistico e delle reti di assistenza in genere, creando costi aggiuntivi di trasformazione e riconversione di questo settore economico.
Voci correlate
- Auto ibrida
- Autostrade automatizzate
- Barca elettrica
- Biodiesel
- Economia a idrogeno
- Economia allo zinco
- Futuro dell’automobile
- Gasohol
- General Motors EV1
- Produzione di veicoli elettrici
- Scooter elettrico
- Toyota Eliica
- Veicolo elettrico
- Veicolo ibrido
- Veicolo tri-ibrido
- Zero Emissions Vehicle
- Chi ha ucciso l’auto elettrica?
Fonti
- 4-wheel drive electric hybrid Super Mini (Mini QED) at http://www.pmlflightlink.com/
- Electric vehicle sulla wikipedia in inglese
Film dove si nota chiaramente l’utilizzo di auto elettriche
- Gattaca, film di fantascienza del 1997 (regia di Andrew Niccol).
- Minority Report, film di fantascienza del 2002 (regia di Steven Spielberg).
Collegamenti esterni
- Articolo che confronta vari tipi di accumulatore per l’auto elettrica da www.integrati.com
- Accumulatori elettrici litio-ione sulla Fiat-600 “Elettra” (tratto da Centro Ricerche Fiat)
- Edison: mobilità sostenibile a Milano con le batterie zinco-aria articolo da Expofairs
- Motorino cinese alimentato con pile zinco-aria da www.kensan.it
- ZinCar: le batterie zinco-aria migliorano l’ambiente in città da Euromobility
- Ad Alameda, in California, un veicolo con pile zinco-aria della ditta tedesca Kummerow GMBH supera i 1600 Km di autonomia !
- Who Killed The Electric Car
- AVERE - European Electric Road Vehicle Association
- CBEV - Campaign for Battery Electric Vehicles (UK based)
- CITELEC - Association of cities interested in electric vehicles
- Electric Auto Association
- Electric Car Society
- Electric Drive Transportation Association
- SUBAT: life cycle assessment of electric vehicle traction batteries
- Plug in America - promozione dei BEV e PHEV
- Una confereza stampa del CEI dichiarando che furono i consumatori, non l’industria dell’ automobile ad “uccidere” i BEV
- Il veicolo elettrico più veloce del mondo, il “KAZ”/Eliica
Brevetti
- , E. E. Keller, Electrically Propelled Preambulator
- , Hiram Stevens Maxim, Motor vehicle
- , H. S. Maxim, Electric motor vehicle
Ultime notizie
- La ditta Altairnano stà consegnando la sua prima batteria NanoSafe in settembre, alla Phoenix Motorcars per inserirla un sedan elettrico (24 agosto 2006).
- NOW on PBS presenta un intervista in streaming-TV via internet con Chris Paine, regista di “Who Killed the Electric Car”, così come anche una cronistoria dell’auto elettrica, alcune opinioni da un esperto in trasporti riguardi il carburante alternativo, ed una intervista con un attrice sostenitrice delle vetture elettriche:
- : I clienti volevano l’auto elettrica, ma i costruttori hanno “staccato la spina” articolo del San Francisco Chronicle del 24 aprile 2005
- L’aria che respiriamo, le auto che guidiamo, 2004
- The Electric-Car Slide, 22 ottobre 2003
- Slim Fit For The Freeways 2 ottobre 2003
ed ha il supporto per memoria e crittografia incorporati